JP5345730B2 - 射出成形方法、成形品の製造方法並びに射出成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形方法、成形品の製造方法並びに射出成形装置に関する。

従来、樹脂を金型内で射出成形するときに、金型のキャビティの表面形状を樹脂に高精度に転写させて成形品の外観を向上させるために様々な成形方法が検討されている。たとえば、特許文献１に記載されたプラスチック射出成形法（射出成形方法）では、樹脂の材料が非結晶性を有する場合には樹脂のガラス転移温度、樹脂の材料が結晶性を有する場合には樹脂の融点に基づいて射出成形時の温度を制御している。

具体的には、成形品に接する金型表面（キャビティ面）を、樹脂の材料が非結晶性を有する場合には樹脂のガラス転移温度、樹脂の材料が結晶性を有する場合には樹脂の融点以上の所定の温度まで２（℃／ｓ）（１秒当たり２度）以上の昇温速度で加熱し、続いて金型表面の温度をこの所定の温度に保持した状態で樹脂を金型のキャビティ内に充填し、さらに、樹脂の充填後に金型表面を２（℃／ｓ）以上の降温速度で冷却している。
金型の温度をこのように制御することで、従来に比べて樹脂が金型に接触したときの樹脂の温度低下が少ないので、樹脂の転写性が向上するとされる。さらに、樹脂の粘度が低下するので、金型面に接触した樹脂表面の変形が容易なため、樹脂を押し付けて転写させるのに必要な樹脂内圧を低減させることができる。

特開平１１−１１５０１３号公報

しかしながら、特許文献１に示すプラスチック射出成形法では、金型表面を所定の温度に保持している間に樹脂がキャビティ内に射出されるので、樹脂が熱変形温度以上の高温に保持されている時間が長くなり成形品にヒケが生じやすくなるという問題がある。一方で、このヒケを抑制するためには、保圧工程にて圧力を高めたり、保圧時間を長くしたりすることが有効であるが、バリが生じる虞がある。
また、金型の加熱過程においては、熱容量の大きな金型を急速に加熱するために大量の熱を金型に供給するため、金型は前述の所定の温度を大きく超えてオーバーシュートする。このため、射出された樹脂がオーバーシュートによって溶融樹脂温度に近くなった金型表面に接触することになるため、金型との接触による樹脂温度の低下幅が小さくなる。樹脂温度の低下幅が小さいと、樹脂は粘度が低い高流動状態を保持することになり、金型間の隙間に入り込み成形品にバリが生じる恐れがある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、成形品にヒケおよびバリが生じるのを抑えることができる射出成形方法、成形品の製造方法並びに射出成形装置を提供することを目的とする。

本発明の射出成形方法は、金型内に形成されたキャビティに熱可塑性樹脂を射出する射出成形方法において、前記金型のうち、前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を、前記樹脂の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に、前記金型の前記キャビティ面の温度が低下する過程において前記キャビティに前記樹脂を射出する射出工程と、を備える。
また、本発明の成形品の製造方法は、金型内に形成されたキャビティに樹脂を射出して成形品を製造する成形品の製造方法において、前記金型内のうち、前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を、前記樹脂の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、前記加熱工程の後に、前記金型の前記キャビティ面の温度が低下する過程において、前記キャビティに前記樹脂を射出する射出工程と、を備える。

この発明によれば、射出工程において、金型のキャビティ面の温度が低下する過程でキャビティに樹脂を射出することで、従来のようにキャビティ面の温度が前述のオーバーシュートにより高転写性を得ることが出来る温度下限値を大きく超えている状態で射出する場合よりも、キャビティ面の温度が低い状態（例えば、熱変形温度よりも数十度高い所定の温度であるところの、高転写性を得ることが出来る温度下限値近傍の温度）で樹脂を射出するため、キャビティ面に接触した樹脂が熱変形温度以上の温度である樹脂の収縮が進む高温度領域に保持されている時間が短くなる。このため、成形品にヒケが生じるのを抑えることができる。
また、キャビティ面の温度が低下する過程でキャビティに樹脂を射出するので、キャビティ面の温度が従来のように前述のオーバーシュートにより高転写性を得ることが出来る温度下限値を大きく超えている状態で射出する場合よりもキャビティ面に接触した樹脂の温度が低下する。したがって、キャビティ面に接触した樹脂の温度をより早期に低下させて樹脂の粘度を高めることで、成形品にバリが生じるのを抑えることができる。

また、上記の射出成形方法では、前記射出工程において、前記金型の前記キャビティ面の温度が前記樹脂の熱変形温度以上の所定の温度に到達したときに前記キャビティに前記樹脂を射出することがより好ましい。
この発明によれば、熱変形温度より高い温度で溶融した樹脂が、オーバーシュート後の金型の温度が放熱あるいは冷却効果によって低下し始めた後の熱変形温度以上の所定の温度に到達したときに射出するので、金型温度の低下過程で、且つ高転写性を得ることが出来る温度下限値近傍の温度の流動性を保った樹脂を金型のキャビティ面に接触させることで、確実に樹脂に金型のキャビティ面の形状を転写させるとともに、成形品のヒケやバリを防止することができる。なお、高転写性を必要とする領域がキャビティ面の一部分である場合は、当該一部分のみ熱変形温度以上に加熱してもよい。

また、上記の射出成形方法では、前記射出工程において、前記金型の前記キャビティ面全体に前記樹脂が接触したときの前記キャビティ面の温度が、前記樹脂の熱変形温度以上になるように設定されていることがより好ましい。
この発明によれば、熱変形温度より高い温度で溶融した樹脂がキャビティ面に接触した直後の温度は熱変形温度以上の温度となるので、流動性を保った樹脂を金型のキャビティ面に接触させて、キャビティ面全体にわたる形状を樹脂に確実に転写させることができ、成形品の全体外観を向上させることができるとともに、成形品全面に渡りヒケやバリを防止することができる。

また、上記の射出成形方法では、樹脂中に強化繊維である繊維状フィラーなどを含有する場合は、上記の熱変形温度はマトリックス成分である樹脂の熱変形温度とすることが好ましい。
この発明によれば、成形品と金型の当接面である成形品表面において、樹脂が繊維状フィラーの表面を覆うための変形性、流動性を、繊維状フィラーを含有した状態の熱変形温度よりも一般的に低い樹脂単体での熱変形温度を基準とするため、金型の加熱目標温度を低く設定でき、金型加熱熱容量を低減できる。更に好ましくは、上記の熱変形温度は、マトリックス成分である樹脂の熱変形温度以上であり、且つ繊維状フィラーを含有した樹脂原料としての熱変形温度以上とすることが好ましい。この場合には、フィラー含有状態での熱変形温度以上に加熱することにより、変形しにくいフィラー含有樹脂による成形品にであっても、変形を容易にすることができるので、残留応力や、歪みを抑制することができる。

また、上記の射出成形方法において、前記射出工程において、前記金型の前記キャビティ面全体に前記樹脂が接触した後に前記キャビティ面の冷却速度を増加させることがより好ましい。
この発明によれば、キャビティ面全体にわたる形状を樹脂に確実に転写させ、成形品を製造するのに要する時間を短縮させることができる。

また、上記の射出成形方法では、前記射出工程において、前記金型の前記キャビティ面の冷却速度が１．０（℃／ｓ）以上に設定されていることがより好ましい。
この発明によれば、樹脂が接触している金型の温度を急速に低下させることにより、樹脂が熱変形温度以上の温度になっている時間を短縮させ、樹脂がキャビティ面に固着するのを防止することができる。

また、上記の射出成形方法では、前記金型のキャビティの温度を複数点で測定し、前記加熱工程の後に、前記複数点のいずれか一つの温度測定値、あるいは前記複数点の温度測定値から選定し限定した数の全ての温度測定値、あるいは前記複数点の全ての温度測定値のうち、いずれかの温度測定値が低下し始めた後に、前記キャビティに前記樹脂を射出することがより好ましい。

また、上記の射出成形方法では、前記金型のキャビティの温度を複数点で測定し、前記加熱工程の後に、前記複数点の温度測定値から選定し限定した数の全ての温度測定値、あるいは前記複数点の全ての温度測定値のうち、いずれかの平均値が低下し始めた後に、前記キャビティに前記樹脂を射出することがより好ましい。

また、上記の射出成形方法では前記金型のキャビティ面の温度を時間経過に対応させて測定し、時間に対する前記キャビティ面の温度上昇勾配値を算出し、前記温度上昇勾配値が所定の値以下になったとき、あるいは前記温度上昇勾配値が、所定の値以下になったときからスタートするタイマーのタイムアップしたときに、射出を開始することがより好ましい。

また、本発明の射出成形装置は、内部にキャビティが形成され開閉可能とされた金型と、前記金型に樹脂を射出する射出部と、前記金型を所定の温度に調節可能な温度調節部と、前記金型の前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を測定する温度センサと、所定の時間を計測するタイマーを有し、前記温度センサの温度に基づいて前記射出部および前記温度調節部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度調節部により前記温度センサの温度が前記樹脂の熱変形温度以上の温度になるように前記金型を加熱させ、前記温度センサの温度が低下し始めてから所定の温度になるまでに要する所定の時間が、前記金型の加熱後に前記温度センサの温度が低下し始めてから経過したことを前記タイマーにより検出したときに、または前記温度センサにて判定したときに、前記射出部により前記キャビティに前記樹脂を射出させる。

一般に、金型を加熱した後で、温度センサの温度が低下し始めてからの経過時間に対して温度センサの温度は安定して低下する。そこで、例えば、予め予備試験等を行うことでこの経過時間に対する温度センサの温度の関係式を求めておく。そして、樹脂を射出させる温度に対応する経過時間を、測定に基づいて求めた関係式から算出し、タイマーがこの経過時間で制御部に信号を送るよう設定する。
このように設定することで、射出部により樹脂を射出させるタイミングを温度センサの温度でなくタイマーが測定する時間で検出することができる。
また、前記制御部は、前記温度調節部により前記温度センサの温度が前記樹脂の熱変形温度以上の温度になるように前記金型を加熱させ、前記温度センサの温度が低下し始めてから所定の温度になることをタイマーを使用しないで前記制御部が検出したときに、前記射出部により前記キャビティに前記樹脂を射出させてもよい。

本発明の射出成形方法、成形品の製造方法並びに射出成形装置によれば、成形品にヒケおよびバリが生じるのを抑えることができる。

本発明の第１実施形態の射出成形装置の一部を破断した側面図である。 同射出成形装置を用いた射出成形方法における射出成形動作および金型の温度制御と金型の温度変化とを説明する図である。 同射出成形装置の金型のキャビティに樹脂が充填された状態を示す要部の断面図である。 同射出成形装置を用いた射出成形方法の変形例における射出成形動作および金型の温度制御と金型の温度変化とを説明する図である。 本発明の第２実施形態の射出成形装置の一部を破断した側面図である。 実施例で使用した金型の要部断面図である。 実施例で成形した成形品の形状を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る射出成形装置の第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の射出成形装置１は、内部にキャビティ２が形成され開閉可能とされた金型３と、金型３を開閉させる開閉部４と、金型３に樹脂を射出する射出部５と、金型３を所定の温度に調節可能な温度調節部６と、金型３の温度を測定する温度センサ７と、温度センサ７の温度に基づいて開閉部４、射出部５および温度調節部６を制御する制御部８とを備えている。

金型３は、固定金型１１と、後述する移動ダイプレート１５に取付けられて図１に示すＸ方向に移動する移動金型１２とを有している。
移動金型１２は、Ｘ方向に移動して固定金型１１に当接したときに、固定金型１１との間に一定の大きさの前述のキャビティ２を形成するように構成されている。すなわち、固定金型１１、移動金型１２の互いに対向する面であるキャビティ面１１ａ、キャビティ面１２ａは、キャビティ２を形成する面となっている。また、固定金型１１、移動金型１２には、内部に金型１１、１２を冷却および加熱する冷却媒体および加熱媒体（後述）を流すための温調媒体経路１１ｂ、温調媒体経路１２ｂがそれぞれ形成されている。

開閉部４は、基台１３と、基台１３に固定された固定ダイプレート１４と、固定ダイプレート１４に対してＸ方向に対向するように配置された移動ダイプレート１５と、基台１３に固定され移動ダイプレート１５をＸ方向に移動させる手段としての金型駆動モータ１６とを有している。またこのとき移動ダイプレート１５をＸ方向に移動させる手段は、油圧シリンダに代えても支障ない。
固定金型１１は固定ダイプレート１４に、移動金型１２は移動ダイプレート１５に、それぞれのキャビティ面１１ａ、キャビティ面１２ａが対向するように固定されている。
移動ダイプレート１５は、基台１３に固定された不図示のガイドレール上に取付けられることで、Ｘ方向に正確に移動することができる。

射出部５は、固定金型１１に接続され、内部に射出スクリュー１９を備えるユニット本体２０と、射出スクリュー１９をＸ方向に平行な軸線回りに回転させる不図示のスクリュー回転モータと、スクリューをＸ方向に移動させる手段としてスクリューモータ２１とを備えている。ユニット本体２０には、成形する樹脂の材料Ｐ１をユニット本体２０内に導くためのホッパ２２が接続されている。またこのときスクリューモータ２１と不図示のスクリュー回転モータは、電動駆動モータであっても、油圧駆動モータであっても、どちらでも良いし、スクリューをＸ方向に移動させる手段はスクリューモータ２１に代えて油圧シリンダとしても良い。
ユニット本体２０にはヒータ等の不図示の加熱手段が設けられている。ユニット本体２０内に投入された材料Ｐ１は、この加熱手段による加熱とスクリュー回転による材料Ｐ１の剪断発熱とによって、この材料Ｐ１の熱変形温度より高い所定の温度に加熱され、不図示のスクリュー回転モータで駆動される射出スクリュー１９によって可塑化溶融される。そして材料Ｐ１は、射出スクリュー１９を後退させた後、射出スクリュー１９の前方において計量されている。

温度調節部６は、金型１１、１２に冷却媒体および加熱媒体を供給することで金型１１、１２を所定の温度に冷却および加熱する装置である。温度調節部６には、冷却媒体の温度および加熱媒体の温度をそれぞれ一定に制御する不図示の温度調節装置と、各温調媒体経路１１ｂ、１２ｂ内を流れる媒体の種類または温度を切り替えるとともに、媒体の流量を調節する流量調節装置を備えている。
なお、本実施形態では、固定金型１１のキャビティ面１１ａおよび移動金型１２のキャビティ面１２ａは、ほぼ等しい温度になるように調整されている。但し、キャビティ面１１ａとキャビティ面１２ａの嵌合部に凝着摩耗が発生しない程度の熱膨張量の差の範囲で、例えば、熱膨張後のキャビティ面１１ａとキャビティ面１２ａの嵌合部のクリアランスが０（ｍｍ）以上となるように、キャビティ面１１ａとキャビティ面１２ａは異なる温度にそれぞれ調整されても支障はない。
また、金型１１、１２の温調媒体経路１１ｂ、１２ｂは冷却媒体を供給するためのみに用い、金型１１、１２の加熱は電気抵抗式ヒータあるいは電磁誘導式ヒータなどの電気式ヒータにより行ってもよい。

移動金型１２のキャビティ面１２ａの近傍には温度センサ７が配置されていて、キャビティ面１２ａの温度を測定することができる。
制御部８には、金型駆動モータ１６、スクリューモータ２１、温度調節部６、および温度センサ７がそれぞれ接続されている。そして、制御部８は、温度センサ７が測定した温度を検出することができる。なお、キャビティ面１１ａとキャビティ面１２ａをそれぞれ異なる温度で調整する場合は、キャビティ面１２ａに温度センサ７を配置するに加え、キャビティ面１１ａの近傍に不図示の温度センサを配置し、不図示の温度調節部によりキャビティ面１２ａとは異なる温度にキャビティ面１１ａの温度を制御することが好ましい。また各キャビティ面に配置する温度センサは一箇所だけでなく、複数箇所に配置しても良い。

次に、以上のように構成された射出成形装置１を用いた本実施形態の射出成形方法（成形品の製造方法）について説明する。この射出成形方法は、移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度を樹脂の材料Ｐ１の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、キャビティ面１２ａの温度が低下する過程においてキャビティ２に溶融した樹脂材料Ｐ１を射出する射出工程とを交互に繰り返して行う方法である。
なお、以下の図２および図４の各図中において、経過時間に対する移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度変化を示す。各グラフの横軸は経過時間であり、縦軸は温度センサ７で測定した移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度である。

図２に示すように、移動金型１２のキャビティ面１２ａを冷却する冷却目標温度Ｖ３は、熱変形温度Ｖ２に比べて充分低い温度（たとえば、熱変形温度Ｖ２に対して数十度程度低い温度。）に設定されている。また同様に、キャビティ面１２ａを加熱する加熱目標温度Ｖ５は、熱変形温度Ｖ２に比べて充分高い温度（たとえば、熱変形温度Ｖ２に対して数十度程度高い温度。）に設定されている。
なお、本実施形態では、熱変形温度Ｖ２に対する冷却目標温度Ｖ３の温度差、および熱変形温度Ｖ２に対する加熱目標温度Ｖ５の温度差をそれぞれ数十度としたが、これらの温度差は射出成形に用いる樹脂の物性等により、０（℃）以上の任意の値に設定することができる。

制御部８は、温度調節部６により冷却されている移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度が冷却目標温度Ｖ３になったことを検出した時刻Ｔ１において、以下に説明するような加熱工程を行う。
まず、温度調節部６により温調媒体経路１１ｂ、１２ｂを流れる媒体を冷却媒体から加熱媒体に切り替えさせるとともに、金型駆動モータ１６により移動金型１２をＸ方向のうち固定金型１１から離間する方向に移動させ金型３を開かせる。このときあるいはこの後、冷却媒体から加熱媒体に切り換える際には、冷却媒体の供給停止から加熱媒体の供給開始の間に、待機時間または圧縮空気などによる冷却媒体の排出時間を設けても良い。そして、既にキャビティ２内に成形されている成形品を不図示のエジェクタで突かせることにより取り出し、さらに金型駆動モータ１６により移動金型１２を固定金型１１側に移動させ、金型３を閉じさせる。

金型１１、１２の加熱開始直後は金型１１、１２の温度は金型１１、１２の熱慣性等により低下し続け、時刻Ｔ２に最低温度Ｖ４に達するが、その後上昇していく。
そして、時刻Ｔ３に移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度が加熱目標温度Ｖ５になったことが検出されると、制御部８は加熱工程から射出工程に移行する。

続いて、射出工程では、制御部８は、温度調節部６により温調媒体経路１１ｂ、１２ｂを流れる媒体である加熱媒体の供給を停止する。加熱媒体から冷却媒体への切替えはキャビティ面１２ａの温度が加熱目標温度Ｖ５になったことが検出したと同時に行っても良いし、キャビティ面１２ａの温度が、加熱目標温度Ｖ５になる前で、加熱目標温度Ｖ５よりも予め決められた温度分、低い温度に到達したことを検出したときに行っても良い。また、キャビティ面１２ａの温度が加熱目標温度Ｖ５になったことを検出したタイミングから所定の時間遅延した後、あるいは圧縮空気などによる加熱媒体の排出後に行っても良い。金型１１、１２の温度は、金型１１、１２の熱慣性等により時刻Ｔ３を過ぎても加熱目標温度Ｖ５を超えて上昇し続け（オーバーシュート）、時刻Ｔ３と時刻Ｔ４の間で徐々に温度上昇速度が低下し（金型の温度変化曲線の接線ｍと横軸との成す温度上昇勾配ｄが小さくなる）、時刻Ｔ４において最高温度Ｖ１となり、その後金型１１、１２の温度は低下していく。

そして、温度低下過程で時刻Ｔ５にキャビティ面１２ａの温度が加熱目標温度Ｖ５になったことが検出されると、制御部８は、スクリューモータ２１により射出スクリュー１９をＸ方向の固定金型１１側に移動（前進）させ、溶融した材料Ｐ１をキャビティ２に所定量射出させる。すると、図３に示すように、金型１１、１２のキャビティ面１１ａ、１２ａに樹脂の材料Ｐ１が接触するようにキャビティ２に材料Ｐ１が充填される。キャビティ面１１ａ、１２ａの一部あるいは全体に樹脂の材料Ｐ１が接触したことは、射出部５から射出した樹脂の量が所定の樹脂量に達したこと、つまりはスクリューの移動量（前進量）が所定の値に達したことを検出することによって判断できる。また、射出時の樹脂の圧力が所定の圧力値に到達したことを検出することによっても判断できる。
制御部８は、キャビティ２に所定量の材料Ｐ１を充填し終えると、スクリューモータ２１によりキャビティ２内の樹脂の圧力を一定の間高い状態である保圧工程に移行する。

このとき、金型１１、１２の温度は時間とともに低下していき、図２に示すように、時刻Ｔ６にキャビティ面１２ａの温度が冷却目標温度Ｖ３になったことが検出されると、制御部８は射出工程から加熱工程に移行し、上記の加熱工程で示した工程を繰り返す。また射出工程から加熱工程に移行するのは、キャビティ面１２ａの温度が冷却目標温度Ｖ３になったことが検出されたと同時に行っても良いし、キャビティ面１２ａの温度が、冷却目標温度Ｖ３になる前で、冷却目標温度Ｖ３よりも予め決められた温度分、低い温度に到達したことを検出したときに行っても良い。また、キャビティ面１２ａの温度が冷却目標温度Ｖ３になったことを検出したタイミングから所定の時間遅延した後、あるいは圧縮空気などによる冷却媒体の排出後に行っても良い。
このように、加熱工程と射出工程とを交互に繰り返して行うことで、成形品が連続して製造される。

なお、従来の射出成形方法では、たとえば図２に示すように、移動金型のキャビティ面の温度が上昇して加熱目標温度Ｖ５となった時刻Ｔ３にキャビティに樹脂を射出するので、本実施形態では射出するタイミングが従来に比べて、時刻Ｔ５と時刻Ｔ３の時間差だけ遅れる。
しかし、本実施形態の射出成形方法および従来の射出成形方法のいずれにおいても、１回の成形サイクルにおいて、加熱された金型および溶融した樹脂を冷却して除去すべき熱量の合計と、加熱時間および冷却開始のタイミングは変わらないので、射出のタイミングによらずキャビティ面の温度プロファイル（加熱速度および時間、冷却速度および時間）は変化しないため、１回の成形サイクルにおいて本実施形態の方法を実施するのに要する時間は従来の方法を実施するのに要する時間とほぼ等しくなる。
また、射出時の樹脂剪断発熱で発生する熱量によって金型の温度が上昇する場合においても、冷却過程において射出を行うため、剪断発熱により金型が温度上昇した後の最高温度は、従来の金型温度が上昇中で、昇温速度勾配が大きなオーバーシュート過程で射出した場合の金型および樹脂の最高温度よりも、本発明による冷却過程において射出を行った場合の金型および樹脂の最高温度を低くできるため、冷却時間の短縮に有効である。

以上説明したように、本実施形態の射出成形装置１および射出成形方法によれば、射出工程において、金型１２のキャビティ面１２ａの温度が低下する過程でキャビティ２に樹脂の材料Ｐ１を射出することで、従来のようにキャビティ面の温度が、オーバーシュートにより高転写性を得ることが出来る温度下限値を大きく超えている状態で射出する場合に比べて、樹脂が熱変形温度Ｖ２以上の温度である樹脂の収縮が進む高温度領域に保持されている時間が短くなり成形品にヒケが生じるのを抑えることができる。
また、キャビティ面１２ａの温度が低下する過程でキャビティ２に溶融した樹脂材料Ｐ１を射出するので、射出された材料Ｐ１は、キャビティ面１１ａ、１２ａの温度の影響を受け、従来のようにキャビティ面の温度が、オーバーシュートにより高転写性を得ることが出来る温度下限値を大きく超えている状態で射出する場合よりも樹脂の温度が早期に低下する。したがって、キャビティ面１１ａ、１２ａに接触した樹脂の温度をより低下させて樹脂の粘度を高めることで、成形品にバリが生じるのを抑えることができる。また、樹脂の温度が早期に低下するので、加水分解しやすい樹脂や、熱安定性の悪い樹脂に対しても、熱分解や変色などの熱劣化や加水分解を抑制するのに有効である。

また、熱変形温度Ｖ２以上の温度で溶融した樹脂が加熱目標温度Ｖ５となったキャビティ面１２ａに接触したときの温度は熱変形温度Ｖ２以上の温度となる。このため、流動性を保った樹脂を移動金型１２のキャビティ面１２ａに接触させることで、樹脂にキャビティ面１２ａの形状を確実に転写させることができる。
従来は、金型のキャビティ面の温度が上昇して加熱目標温度になったときに、キャビティに溶融した樹脂を射出する場合があった。そして、金型の温度が上昇する過程において、所定の温度になるように制御された金型の温度は一時的に所定の温度を超えてオーバーシュートすることがある。このため射出された樹脂が溶融樹脂温度に近くなった金型のキャビティ表面に接触することになるため、キャビティ表面との接触による樹脂温度の低下幅が小さくなる。樹脂温度の低下幅が小さいと、樹脂は粘度が低い高流動状態を保持しているので、金型間の隙間に入り込み成形品にバリが生じることがある。
これに対して本実施形態の射出成形方法では、キャビティ面１２ａの温度が低下する過程においてキャビティ２に樹脂が射出されるので、キャビティ面に接触した樹脂が熱変形温度以上の温度に保持されて、高流動状態である時間を短くできるため成形品にバリが生じることを防止することができる。

また、射出工程において、金型１１、１２のキャビティ面１１ａ、１２ａ全体に樹脂の材料Ｐ１が接触したときのキャビティ面１１ａ、１２ａの温度が、材料Ｐ１の熱変形温度Ｖ２以上になる。したがって、溶融した樹脂がキャビティ面１１ａ、１２ａに接触した直後の温度は熱変形温度Ｖ２以上の温度となるので、流動性を保った樹脂を金型１１、１２のキャビティ面１１ａ、１２ａに接触させて、樹脂にキャビティ面１１ａ、１２ａ全体にわたる形状を確実に転写させることができる。

なお、上記の射出成形方法では、以下に説明するように、移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度を様々に制御してもよい。
たとえば、図４に示すように、射出工程において、金型１１、１２のキャビティ面１１ａ、１２ａ全体に樹脂の材料Ｐ１が接触する時刻Ｔ７の後に、温度調節部６によるキャビティ面１１ａ、１２ａの冷却速度を増加させてもよい。すなわちこの場合、制御部８は、温度調節部６により、金型１１、１２の温調媒体経路１１ｂ、１２ｂに供給する冷却媒体の流量を、時刻Ｔ３から時刻Ｔ７までの第一の冷却工程よりも、時刻Ｔ７から時刻Ｔ６までの第二の冷却工程の方を増加させること等により、第一の冷却工程よりも第二の冷却工程の方のキャビティ面１１ａ、１２ａの冷却速度を増加させる。
このように制御することで、樹脂にキャビティ面１１ａ、１２ａ全体にわたる形状を確実に転写させ、成形品を製造するのに要する時間（時刻Ｔ１から時刻Ｔ６まで）を短縮させることができる。

また、本実施形態では、キャビティ面１２ａの温度が低下する過程において、キャビティ面１２ａの温度が加熱目標温度Ｖ５になったときにキャビティ２に溶融した材料Ｐ１を射出した。しかし、キャビティ面１２ａの温度が低下する過程であればキャビティ２に射出をする時刻に制限はなく、たとえば、成形品の仕上がり具合を確認しながら、最高温度Ｖ１となる時刻Ｔ４から最低温度Ｖ４となる時刻Ｔ２までの間の任意の時刻に射出をする時刻を設定し、成形品のバリや反り等を適宜調節することができる。
また、時間経過に対応させて温度センサ７によってキャビティ面１２ａの温度を測定し、時間に対するキャビティ面１２ａの温度上昇勾配ｄの値である温度上昇勾配値を制御装置により算出するとともに、該温度上昇勾配が、所定の勾配値以下になったとき、キャビティ面１２ａの温度上昇は飽和状態になったと判断して射出を開始しても良い。本発明の効果を確実に得るには、射出の開始をキャビティ面１２ａの温度が低下し始めた後に行う必要があるが、オーバーシュートが小さい金型仕様の場合などにおいて、キャビティ面１２ａの温度上昇度合い十分小さくなった状態で射出を開始しても、実用的には成形品のバリやヒケを防止することができる。つまり、キャビティ面１２ａの温度上昇勾配が、所定の勾配値以下になったときに最高温度Ｖ１を検知したものとみなし、これにより、成形品を製造するのに要する時間（サイクルタイムあるいはタクトタイム）を短縮させることが出来る。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図５に示すように、本実施形態の射出成形装置３１の制御部３２は、第１実施形態の制御部８の構成に加えて、所定の時間を計測するタイマー３３を有している。
タイマー３３は、信号を受けた時刻から指示された時間を計測し、その時間が経過した後で制御部３２に時間が経過したことを知らせる信号を送る。
なお、以下では、射出成形装置３１が図２に示す射出成形動作および金型の温度制御に従って動作する場合で説明する。

射出成形装置３１では、加熱工程および射出工程が安定して繰り返して行われるので、加熱工程で金型１１、１２を加熱した後で、射出工程において、金型１１、１２の温度が低下し始める時刻Ｔ４からの経過時間に対して金型１１、１２の温度は安定して一定の傾向に従って低下する。すなわち、射出成形装置３１で成形を行うと、図２における時刻Ｔ４から時刻Ｔ６までの時間に対する移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度の関係式は一定の曲線Ｌとなる。
そこで、たとえば、予め上記射出成形装置３１の予備試験を行ったり、成形品のテスト製造を行ったりすることで、曲線Ｌに示されるような、経過時間に対するキャビティ面１２ａの温度変化の関係式を求め、この関係式を制御部３２に記憶させておく。

次に、以上のように構成された射出成形装置３１を用いた本実施形態の射出成形方法について説明する。
使用者は、樹脂をキャビティ２に射出させる温度Ｖ１１を所望の値に設定し、この値を不図示の入力手段から制御部３２に入力する。
制御部３２は、図２に示すように、記憶された曲線Ｌの関係式および温度Ｖ１１から時刻Ｔ１１を求め、さらに、時刻Ｔ４から時刻Ｔ１１までの時間ΔＴ１２を求める。
射出成形装置３１を運転する指示を受けると、制御部３２は、時刻Ｔ１に加熱工程を開始する。加熱工程の開始以降の射出成形装置３１の動作は上記射出成形装置１の射出成形方法と同一であり、制御部３２が材料Ｐ１をキャビティ２に射出させるタイミングを検出する方法のみが異なる。
すなわち、本実施形態では、時刻Ｔ４になり、制御部３２が移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度が最高温度Ｖ１となったことを検出すると、タイマー３３に測定する時間ΔＴ１２に対応する信号と計測を開始する信号を送る。信号を受けたタイマー３３は、時刻Ｔ４からの経過時間を測定し、時刻Ｔ４から時間ΔＴ１２が経過した時刻Ｔ１１に制御部３２に信号を送る。
制御部３２は、タイマー３３により時刻Ｔ４から時間ΔＴ１２が経過したことを検出すると、射出部５によりキャビティ２に溶融した樹脂材料Ｐ１を射出させる。

以上説明したように、本実施形態の射出成形装置３１および射出成形方法によれば、射出成形装置１と同様に、成形品にヒケおよびバリが生じるのを抑えることができる。
さらに、射出部５により樹脂を射出させるタイミングを温度センサ７の温度でなくタイマー３３が測定する時間で検出することができ、射出成形装置３１の射出タイミングを調整する方法を増やすことができる。
なお、たとえば、射出成形装置３１の周囲の空気温度が変わる等により、射出工程での経過時間に対するキャビティ面１２ａの温度変化の関係式が変化した場合には、再度この関係式を求めて制御部３２に記憶させてもよい。このようにすることで、射出をする温度の精度を向上させることができる。
また、射出部５により樹脂を射出させるタイミングを、移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度が所定の条件を満たし、かつ、タイマー３３が測定する時間が所定の条件を満たしたときとすることで、樹脂を射出させるタイミングをより安定させることができる。

あるいはタイマー３３を金型の加熱過程において、温度センサ７の温度が所定の温度に到達したタイミングでスタートするタイマーとして、このタイマー３３のタイムアップによって射出を開始しても良い。
加熱過程においては金型の温度上昇速度が大きい（時間に対する温度上昇の傾きが大きい）ことから、温度センサの検知精度が低い場合でも、前記金型の温度が所定の温度に到達したタイミングを遅れることなく検知することが出来るので、必要以上の熱を金型に与えてしまうことを防止でき、早期に温度オーバーシュートを終了させることにより、成形品を製造するのに要する時間を短縮させることができる。
あるいはタイマー３３を、金型の加熱過程において、加熱開始からスタートするタイマーとし、あるいは金型の温度が所定の加熱目標温度に到達したことを検知するなどにより加熱が終了するタイミングからスタートするタイマーとして、このタイマー３３のタイムアップによって射出を開始しても良い。
金型の温度が低下し始めるのは、金型の加熱が終了した後であるので、加熱開始からスタートするタイマー３３のタイムアップによって金型の加熱が終了する場合などに、加熱終了のタイミングを基準として、射出開始を遅延させることによって、確実に金型の加熱終了後に射出することができる。特に温度センサ７を備えていない加熱金型に対しても、金型の温度が低下し始めるタイミングを、事前の試験による仮設置の温度センサを用いての金型加熱過程の温度測定や、金型の加熱昇温熱解析などによって、金型の温度が低下し始めるタイミングを把握することで、温度センサを備えていない金型でも金型の温度が最高温度に達したとき、あるいは金型の温度が低下し始めた後に射出を行うことが出来る。
あるいは時間経過に対応させて温度センサ７によってキャビティ面１２ａの温度を測定し、時間に対するキャビティ面１２ａの温度上昇勾配値を制御装置により算出するとともに、該温度上昇勾配値が、所定の勾配値以下になったときからスタートするタイマーをタイマー３３とし、このタイマー３３のタイムアップによって、キャビティ面１２ａの温度上昇は飽和状態になったと判断して射出を開始しても良い。
温度センサ７による温度測定値にノイズなどが混入した場合、実質のキャビティ温度は上下に変動していなくても測定温度値が上下に変動してしまい、特にキャビティ面１２ａの温度が最高温度近傍の温度の変化が微小となった時間帯で、キャビティ面１２ａの温度が低下し始めたか否かを判断できない状態となる虞がある。しかしながら、キャビティ面１２ａの温度上昇勾配値が、所定の勾配値以下になったときからスタートするタイマーのタイムアップによって射出を開始すれば、最高温度Ｖ１付近におけるノイズなどの外乱を無視できるので、キャビティ面１２ａの温度上昇が飽和状態を経過して温度の低下が始まったと想定されるタイミングで射出開始を安定して行うことができる。つまりキャビティ面１２ａの温度上昇勾配値が、所定の勾配値以下になったときを検知したものとみなすことで、外乱による影響を排除し安定して成形品を製造することができる。

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
たとえば、上記第１実施形態及び第２実施形態では、射出工程において、移動金型１２のキャビティ面１２ａの冷却速度（図２および図４における金型の温度の時間に対する傾きを表す冷却速度ｓが１．０（℃／ｓ）以上に設定されていてもよい。
このように制御することで、熱変形温度Ｖ２より高い温度になった樹脂がキャビティ面１２ａと接触する時間を短縮させ、樹脂がキャビティ表面のミクロな凹み部にまで入り込むことによるアンカー効果などによって樹脂がキャビティ面１２ａに固着するのを防止することができる。
樹脂がキャビティ面に固着するか否かは、樹脂とキャビティ面との局所的な温度や圧力などの条件により決まるもので、キャビティ面が形成されている金型の厚さや形状には依存しない。発明者らは鋭意試験を行い、冷却速度ｓを１．０（℃／ｓ）以上に設定して上記の接触する時間を短縮させることで樹脂がキャビティ面に固着することを防止できることを見出した。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では、移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度を１つの温度センサ７で測定した。しかし、キャビティ面１２ａの温度を複数の温度センサで測定し、当該複数の温度センサのいずれか一つの温度センサ、あるいは複数の温度センサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは複数の全ての温度センサの、いずれかによって測定された温度のうち、放熱あるいは冷却効果によって低下し始めた後、あるいは複数の温度センサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは複数の全ての温度センサのいずれかにより測定した温度の平均値が放熱あるいは冷却効果によって低下し始めた後に射出工程を開始してもよい。複数の温度センサのいずれか一つの温度センサ、あるいは複数の温度センサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは複数の全ての温度センサのいずれかで測定された温度が冷却目標温度Ｖ３以下になったとき、あるいは複数の温度センサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは全ての複数の温度センサの、いずれかにより測定した温度のうち、いずれかの温度の平均値が冷却目標温度Ｖ３以下になったときに加熱工程を開始してもよい。また、複数の温度センサのいずれか一つの温度センサ、あるいは複数の温度ンサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは複数の全ての温度センサの、いずれかで測定された温度が加熱目標温度Ｖ５以上になったとき、あるいは複数の温度センサから選定し数を限定した温度センサ、あるいは複数の全ての温度センサの、いずれかで測定した温度の平均値が加熱目標温度Ｖ５以上になったときに冷却工程を開始したりしてもよい。

また、上記第１実施形態および第２実施形態では、移動金型１２のキャビティ面１２ａの温度を１つの温度センサ７で測定したが、温度センサ７は固定金型１１のキャビティ面１１ａの温度の測定結果に基づき前述の処理を行ってもよく、さらには移動金型１２のキャビティ面１２ａと固定金型１１のキャビティ面１１ａの両方の温度の測定結果に基づき前述の処理を行ってもよい。
このように制御することで、キャビティ面１１ａ、１２ａの温度が測定位置によりバラつく場合であっても、樹脂に金型のキャビティ面の形状を確実に転写させたり、成形品を確実に冷却させたりすることができる成形条件設定の自由度を増大させて成形性を向上することが出来る。

次に、第一実施形態の射出成形装置１を用いて、樹脂の成形試験を行った結果について説明する。本実施例で使用した金型１１、１２を図６に示す。
移動金型１２のキャビティ面１２ａの近傍には、キャビティ面１２ａを加熱するヒータ３６と、キャビティ面１２ａの温度を測定する前述の温度センサ７とが配置されている。同様に、固定金型１１のキャビティ面１１ａの近傍には、キャビティ面１１ａを加熱するヒータ３７と、キャビティ面１１ａの温度を測定する温度センサ３８とが配置されている。
射出部５には、４５０ＭＥII−５０Ｕ（三菱重工プラスチックテクノロジー株式会社製）を用いた。なお、射出スクリュー１９は、長繊維含有樹脂用タイプのスクリューで外径がφ７０ｍｍのものを用いた。
使用した樹脂は、ガラス長繊維を３０％含有したポリプロピレン樹脂（ダイセルポリマー株式会社製）である。なお、この樹脂のマトリックス成分であるポリプロピレン樹脂の熱変形温度は、６０（℃）（荷重：１．８２ＭＰａ）であり、ガラス繊維を含有した状態での熱変形温度は、１４５℃（荷重：１．８２ＭＰａ）となっている。
温度調節部６の冷却媒体としては水を用いた。

金型１１、１２を一定の加熱目標温度Ｖ５に加熱した後で、温度が加熱目標温度Ｖ５よりオーバーシュートして再び低下し加熱目標温度Ｖ５となった金型１１、１２のキャビティ２に、射出部５で２５０℃に加熱した樹脂を射出圧力６０（ＭＰａ）で射出した。その後に樹脂を５３（ＭＰａ）の保持圧で保持するとともに、金型１１、１２を一定の冷却速度ｓで冷却した。成形した成形品は試験用平板であり、その形状を図７に示す。なお、成形品の重量は２２５ｇである。
加熱目標温度Ｖ５を、１００、１５０、２００（℃）、冷却速度ｓを０．５、０．７、１．０、５．０（℃／ｓ）と変化させたときの成形品におけるバリの発生状況を表１に示す。なお、成形品におけるバリが発生する部分とは、図６における固定金型１１と移動金型１２とが互いに当接する部分Ｒである。

表１中に示した加熱目標温度Ｖ５と冷却温度ｓとの組み合わせのうち、記号Ａを記入した組み合わせで成形を実施したときは、その成形品にはバリが発生しなかった。記号Ｂを記入した組み合わせで成形を実施したときは、その成形品には非常に小さなバリが発生した。記号Ｃを記入した組み合わせで成形を実施したときは、その成形品には小さなバリが発生した。ここでは、基準面から突出するバリの高さが０．２ｍｍ以上であるとき、小さなバリが発生したと判断し、基準面から突出するバリの高さが０．２ｍｍ未満であるときは、非常に小さなバリが発生したと判断した。
また、本実施例では、加熱目標温度Ｖ５と冷却速度ｓを変化させたいずれの成形条件においても、従来のようにキャビティ面の温度が一定の温度になっているときに射出される場合に比べて、成形品に生じるバリを抑えられることが確認された。
なお、加熱目標温度Ｖ５が１００、１５０、２００（℃）のときのオーバーシュートした温度は、それぞれ、１１０、１５６、２０４（℃）程度であった。

表１の試験結果から分かるように、冷却速度ｓが１．０（℃／ｓ）以上になると、加熱目標温度Ｖ５が１００、１５０、２００（℃）のいずれの場合においても、成形品にバリが生じないことが分かった。
また、冷却速度ｓが０．７（℃／ｓ）以下になるとバリが発生するようになるが、加熱目標温度Ｖ５が高いほう（２００（℃））が、バリの高さは高くなる（Ｃとなりやすい）ことが分かった。
なお、試験結果を示さないが、加熱目標温度Ｖ５が一定の場合には、金型１２のキャビティ面１２ａの温度が低下するいずれの時刻に樹脂を射出しても成形品のバリの発生状況は変わらないことも確認された。

本発明は、金型内に形成されたキャビティに樹脂を射出する射出成形方法において、金型のうち、キャビティを形成するキャビティ面の温度を、樹脂の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、加熱工程の後に、金型のキャビティ面の温度が低下する過程においてキャビティに樹脂を射出する射出工程と、を備える射出成形方法に関する。本発明によれば、成形品にヒケおよびバリが生じるのを抑えることができる。

１、３１ 射出成形装置
２ キャビティ
３ 金型
５ 射出部
６ 温度調節部
７ 温度センサ
８、３２ 制御部
１１ａ、１２ａ キャビティ面
３３ タイマー
Ｖ２ 熱変形温度

Claims (11)

1. 金型内に形成されたキャビティに樹脂を射出する射出成形方法において、
   前記金型のうち、前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を、前記樹脂の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
   前記加熱工程の後に、前記金型の前記キャビティ面の温度が低下する過程において前記キャビティに前記樹脂を射出する射出工程と、
   を備える射出成形方法。
2. 前記射出工程において、
   前記金型の前記キャビティ面の温度が前記樹脂の熱変形温度以上の所定の温度に到達したときに前記キャビティに前記樹脂を射出する請求項１に記載の射出成形方法。
3. 前記射出工程において、
   前記金型の前記キャビティ面全体に前記樹脂が接触したときの前記キャビティ面の温度が、前記樹脂の熱変形温度以上になるように設定されている請求項１または請求項２に記載の射出成形方法。
4. 前記樹脂がフィラーを含有する樹脂であって、前記熱変形温度は前記フィラーを含有する樹脂のマトリックス成分である樹脂の熱変形温度である請求項１から請求項３のいずれかに記載の射出成形方法。
5. 前記射出工程において、
   前記金型の前記キャビティ面全体に前記樹脂が接触した後に前記キャビティ面の冷却速度を増加させる請求項３または請求項４に記載の射出成形方法。
6. 前記射出工程において、
   前記金型の前記キャビティ面の冷却速度が１．０（℃／ｓ）以上に設定されている請求項１から請求項５のいずれかに記載の射出成形方法。
7. 前記金型のキャビティの温度を複数点で測定し、前記加熱工程の後に、前記複数点のいずれか一つの温度測定値、あるいは前記複数点の温度測定値から選定し限定した数の全ての温度測定値、あるいは前記複数点の全ての温度測定値のうち、いずれかの温度測定値が低下し始めた後に、前記キャビティに前記樹脂を射出する請求項１から請求項６のいずれかに記載の射出成形方法。
8. 前記金型のキャビティの温度を複数点で測定し、前記加熱工程の後に、前記複数点の温度測定値から選定し限定した数の全ての温度測定値、あるいは前記複数点の全ての温度測定値のうち、いずれかの平均値が低下し始めた後に、前記キャビティに前記樹脂を射出する請求項１から請求項６のいずれかに記載の射出成形方法。
9. 前記金型のキャビティ面の温度を時間経過に対応させて測定し、時間に対する前記キャビティ面の温度上昇勾配値を算出し、前記温度上昇勾配値が所定の値以下になったとき、あるいは前記温度上昇勾配値が、所定の値以下になったときからスタートするタイマーのタイムアップしたときに、射出を開始する請求項１から請求項８のいずれかに記載の射出成形方法。
10. 金型内に形成されたキャビティに樹脂を射出して成形品を製造する成形品の製造方法において、
    前記金型のうち、前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を、前記樹脂の熱変形温度以上の温度に加熱する加熱工程と、
    前記加熱工程の後に、前記金型の前記キャビティ面の温度が低下する過程において、前記キャビティに前記樹脂を射出する射出工程と、
    を備える成形品の製造方法。
11. 内部にキャビティが形成され開閉可能とされた金型と、
    前記金型に樹脂を射出する射出部と、
    前記金型を所定の温度に調節可能な温度調節部と、
    前記金型の前記キャビティを形成するキャビティ面の温度を測定する温度センサと、
    所定の時間を計測するタイマーを有し、前記温度センサの温度に基づいて前記射出部および前記温度調節部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記温度調節部により前記温度センサの温度が前記樹脂の熱変形温度以上の温度になるように前記金型を加熱させ、
    前記金型の加熱後に、前記金型の温度が低下し始めたことを前記温度センサにより検出したとき、あるいは前記温度センサの温度が低下し始めてから所定の時間が経過したことを前記タイマーにより検出したときに、前記射出部により前記キャビティに前記樹脂を射出させる射出成形装置。

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